水泥粘土灌漿在外沙海塘防滲中的應(yīng)用

方保富(方遠(yuǎn)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 臺州 318000)

水泥粘土灌漿在外沙海塘防滲中的應(yīng)用

方保富
(方遠(yuǎn)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 臺州 318000)

滲漏是海塘病害的常見病之一.針對外沙海塘堤身屬強(qiáng)透水的實(shí)際情況，利用水泥粘土帷幕灌漿進(jìn)行防滲漏處理，取得了明顯的效果.同時(shí)結(jié)合工程實(shí)例對灌漿試驗(yàn)、帷幕灌漿施工等具體施工工藝與參數(shù)進(jìn)行了介紹，并對壩坡冒漿等施工中可能出現(xiàn)的壩坡冒漿、單孔吃漿量過大、鎮(zhèn)壓層隆起等異常現(xiàn)象提出了處理方法，可供同類工程施工參考.

海塘；強(qiáng)透水；滲漏處理；水泥粘土灌漿

浙東沿海海塘眾多，現(xiàn)有海塘大都?xì)v經(jīng)多次加高培厚逐步而成.由于受當(dāng)時(shí)社會經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平等因素的制約，塘身滲漏現(xiàn)象較為普遍，是海塘病害常見病之一.外沙海塘工程也不例外，由于受建設(shè)時(shí)條件限制，堤身由塘渣填筑而成，堤身屬強(qiáng)透水，運(yùn)行過程中還發(fā)現(xiàn)，局部地段存在著地基滲漏現(xiàn)象.

常規(guī)的海塘防滲處理辦法有開挖回填、增設(shè)防滲體(墻)、帷幕灌漿等，優(yōu)點(diǎn)是簡單、徹底，但造價(jià)偏高，特別是滲漏通道較深時(shí)實(shí)施難度較大，并且無法在臺汛期施工.灌漿除沒有這些限制外，還兼有工藝設(shè)備簡單、操作可控性強(qiáng)、工程造價(jià)低等特點(diǎn).經(jīng)多方案比選，外沙海塘采用水泥粘土漿灌漿防滲帷幕方案進(jìn)行防滲處理.

1 工程概況

1.1 建設(shè)情況

外沙海塘位于浙江省臺州市椒江口南岸，全長3.1 km，建于20世紀(jì)60年代，建成后屢受臺風(fēng)暴潮襲擊，海塘幾經(jīng)損毀，歷經(jīng)多次修復(fù)加固.特別是受(97)11號臺風(fēng)影響，海塘幾乎被夷為平地，為了搶在下一個(gè)高潮汛前將海塘合龍，確保堤塘內(nèi)工廠企業(yè)的生產(chǎn)安全，施工中塘身采用塘渣填筑，無閉氣土和其它防滲措施.待海塘合龍擋潮后，再在迎水面修筑C20埋石混凝土擋墻.工程完成后，一直存在不同程度的滲漏現(xiàn)象，在高潮位時(shí)尤其嚴(yán)重.

1.2 加固工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

加固工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，海塘結(jié)構(gòu)形式采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)，主堤迎潮面為埋石混凝土直立墻，直立墻內(nèi)側(cè)為堤身塘渣，路面為C20混凝土，內(nèi)坡采用干砌塊石護(hù)面，外側(cè)設(shè)2級鎮(zhèn)壓平臺(見圖1).

圖1 海塘標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

1.3 前期防滲漏處理情況

2005年，建設(shè)單位曾對滲漏嚴(yán)重的地段實(shí)施水泥粘土灌漿，灌漿孔布置在海塘外側(cè)二級鎮(zhèn)壓平臺上，孔間距1.5 m，孔深8 m，配比為水泥 ∶粘土 ∶水=1 ∶9 ∶10[1].從處理后的運(yùn)行情況看，有一定防滲作用.但是，由于水泥用量較少，固結(jié)體的強(qiáng)度較低，耐久性也較差.此外，C20埋石混凝土直立墻墻體之間的分縫處也存在著滲漏隱患.

2 地質(zhì)條件

2.1 海塘堤身填筑料

經(jīng)勘探揭露，該海塘堤身填料主要由2部分組成：

1—1層混凝土：為堤頂?shù)幕炷谅访?厚度0.2～0.65 m.

1—2層塊石夾碎石：為堤身填料主要成分.厚度3.2～9.55 m.大部分鉆孔未見粘性土，僅部分堤段堤身含少量粘性土，沿線均未見閉氣土方，鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)無回水.

2.2 海塘堤基土

該海塘堤基土層勘探深度以淺主要分布有2個(gè)地質(zhì)層5個(gè)亞層.其中：2—1層淤泥質(zhì)粘土、2—2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、2—3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、3—1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、3—2層淤泥質(zhì)粘土的水平滲透系數(shù)分別為：1.4×10-5cm/s、1.8×10-5cm/s、3.5×10-5cm/s、1.8×10-5cm/s、4.2×10-6cm/s，以弱透水性為主，對堤基固結(jié)排水不利，但防滲性能較好.

2.3 物探檢測主要結(jié)論

為了解外沙海塘塘頂路面以下范圍的塘身和地基情況，建設(shè)單位曾于2003年底委托浙江省水利河口研究院進(jìn)行探地雷達(dá)和面波探測.在滲漏嚴(yán)重的13處共290 m地段采用兩條測線、兩種頻率(100 MHz、400 MHz)的雷達(dá)剖面探測，同時(shí)布置了16個(gè)點(diǎn)的瑞雷波探測表明，塘身底面深度在3.6～5.3 m之間起伏變化，絕大多數(shù)堤段的地基均存在1～2處不均勻區(qū)，其深度一般不小于8～10 m.所測塘段分別在深淺部存在63處不同程度的不均勻區(qū)(帶)，分布在0.5～4.0 m之間.

3 灌漿試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)段概況

在正式施工前，首先通過灌漿試驗(yàn)確定施工工藝，優(yōu)化技術(shù)參數(shù).選定試驗(yàn)段長度50 m，單排帷幕灌漿，沿海塘防浪墻內(nèi)側(cè)1.0 m處的塘頂路面布孔，孔深9.8 m，孔距2.0 m，分三序進(jìn)行灌漿.漿液為水泥黏土漿，水泥:粘土:水配比1 ∶3 ∶3.2～5；設(shè)計(jì)要求：灌漿壓力<0.15 MPa，鉆孔垂直，灌漿段長3～4 m；驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：透水率<10 Lu.

3.2 試驗(yàn)段情況分析

(1)灌漿壓力

考慮注入量太大和孔淺原因，避免塘頂路面混凝土抬動變形，灌漿壓力選用0.1 MPa(孔口壓力表讀數(shù)).

(2)單位長度注漿量

在0～6.0 m孔深范圍內(nèi)，由于塘身由塘渣填筑而成，注漿時(shí)孔內(nèi)能自吸漿液，水泥粘土干料注入量較大，單位注漿量達(dá)1 692.3～3 944.7 kg/m.6.0 m以下土層注入量則明顯減小，注漿量在269.3～650.3 kg/m之間，屬正常范圍.

同時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，注漿量Ⅰ序>Ⅱ序>Ⅲ序，隨著孔序的增加，孔距的加密而呈減少趨勢.

(3)單孔復(fù)灌次數(shù)

據(jù)實(shí)際孔深和單孔吸漿量大小，復(fù)灌次數(shù)在2～5次之間；

(4)檢查孔試驗(yàn)

采用三級五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，透水率在6.5～8.4 Lu之間，均小于10 Lu，滿足要求.

4 帷幕灌漿施工

(1)鉆機(jī)鉆孔

采用XY—2—300型和XJ—150型鉆機(jī)造孔，先用小水量鉆進(jìn)3～5 m，分別用Φ146、127 mm套管分段打入塘堤內(nèi)，進(jìn)行止水隔離，再采用水鉆鉆至設(shè)計(jì)深度.鉆孔開孔時(shí)機(jī)械回轉(zhuǎn)要求慢而穩(wěn)，鉆至深度9.5 m時(shí)，進(jìn)行孔底垂直校正(掃孔)，在打入套管時(shí)邊打邊進(jìn)行垂直校正.

(2)灌漿方式及段長

選用40P立式雙缸灌漿機(jī)按設(shè)計(jì)要求自下而上分段灌漿，采用孔內(nèi)循環(huán)注漿法，孔口安裝回漿裝置和壓力表，用球閥控制灌漿壓力.(堤基)底部接觸段，段長采用3.0 m，在塘身(塘渣)部位，段長則適當(dāng)放寬，最后一段施工按實(shí)際進(jìn)行調(diào)正.

(3)簡易壓水試驗(yàn)

各灌漿段在灌漿前進(jìn)行簡易壓水試驗(yàn).壓力為灌漿壓力的80%，歷時(shí)20 min，每5 min測讀一次壓水流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或小于1 L/min時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束.計(jì)算壓力時(shí)，采用海水位作為起始零線.

(4)灌漿壓力

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最大壓力為≤0.15 MPa.施工使用壓力按P=Po+MD，即0.9×h(塘身厚度)+0.025 MPa/m×h(灌漿段厚度)[2].

在灌漿過程中，為了有效地將水泥漿液擴(kuò)散面沖大，盡可能將壓力一次性加到規(guī)定最高值，控制每分鐘單位吸漿量在30 L左右，當(dāng)其值大于50 L時(shí)則相應(yīng)降低壓力.

(5)水灰比選用及漿液變換

灌漿漿液水灰比采用3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1五個(gè)等級比，漿液濃度由稀到稠逐級變換.

開灌時(shí)，先用稀漿，當(dāng)每一級濃度的漿液灌入300～500 L而單位吸漿量不見減少時(shí)，則改灌濃一級的漿液.若單位吸漿量小于5 L/min，不論那一級濃度，一般不再變濃[3].

(6)注漿方法

采用孔底注漿全孔灌注的方法.注漿管下到灌漿段以上0.5～1 m處，漿液從注漿管口壓出，使塘壩體由下逐漸向上劈開.在施工中注意不使裂縫劈到壩頂，以便增加壩體的回彈力，加速泥漿析水固結(jié)[4].經(jīng)過幾次灌注，待基本不吃漿或孔口壓力達(dá)到或接近設(shè)計(jì)灌漿壓力時(shí),立即停灌，然后提升3～5 m繼續(xù)灌注.

(7)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，注漿量<1.0 L/min持續(xù)60 min則結(jié)束該段灌漿.結(jié)束灌漿時(shí)，先關(guān)回漿閘，進(jìn)行孔內(nèi)并漿，待壓力表歸零后，才拆除進(jìn)回漿管路.

5 異常情況處理

在壩體灌漿過程中，常會出現(xiàn)各種不同的異常情況，這與海塘結(jié)構(gòu)形式、施工質(zhì)量好壞以及灌漿壓力大小等因素有關(guān).外沙海塘防潮面及塘頂均為混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)坡為干砌塊石，而塘身則采用塘渣填筑.因此，海塘內(nèi)部較為松散，內(nèi)坡防護(hù)結(jié)構(gòu)相對薄弱.故而在施工過程中，曾出現(xiàn)壩坡冒漿、單孔吃漿量過大、鎮(zhèn)壓層隆起等異?，F(xiàn)象，具體采取以下措施進(jìn)行處理.[5-8]

5.1 壩坡冒漿

冒漿在一定程度上暴露了堤身的薄弱環(huán)節(jié)，在灌漿壓力作用下，泥漿易從內(nèi)坡干砌塊石這一薄弱地帶冒出.常用的處理方法是在冒漿處填一定體積的砂或粘土，作為阻漿蓋重，但由于本工程壩坡為斜坡，無法進(jìn)行回填處理.在施工過程中主要采取以下辦法進(jìn)行處理，取得了明顯的成效.

(1)采用灌、停循環(huán)的間歇性灌漿方法，用灌漿間隔時(shí)間來控制冒漿

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(2)塑性泥封堵冒漿通道

在冒漿的灌漿孔上，開動回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，同時(shí)往孔內(nèi)連續(xù)不斷地拋撒干土粉，攪成塑性泥，封堵冒漿通道.

5.2 單孔吃漿量過大

由于外沙海塘結(jié)構(gòu)比較特殊，塘身由塘渣組成，因此，灌漿時(shí)，第Ⅰ序的部分鉆孔不用施加壓力(或略加壓力)，漿液即能注入，單孔吃漿量過大.采取的應(yīng)對措施是：每次灌漿量要少，例如每米孔深不超過1 m3，間隔5～10 d后再復(fù)灌，這樣反復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到終結(jié)灌漿的標(biāo)準(zhǔn).對個(gè)別鉆孔(出現(xiàn)在剛開始灌注時(shí))，還出現(xiàn)漿液在較長時(shí)間里均能自行流入的情況，實(shí)在無法組織正常灌注，則采用先灌入黃砂，使塘身結(jié)構(gòu)相對密集些后，再開始正常注入水泥粘土漿.

5.3 鎮(zhèn)壓層隆起

由于壩體內(nèi)存在水平向裂隙通道，因而在一定的灌漿力作用下，水平裂隙上方的鎮(zhèn)壓層(砌石平臺)會被輕微抬起，但待灌漿壓力減小和停灌后，隆起部分會基本恢復(fù)原狀.對此種情況，施工中只需注意調(diào)控灌漿壓力的大小，無須采取其他的處理措施.

6 結(jié) 語

其他常規(guī)的海塘防滲處理辦法還有開挖回填、增設(shè)防滲體(墻)等，優(yōu)點(diǎn)是簡單、徹底，但造價(jià)偏高，特別是滲漏通道較深時(shí)實(shí)施難度較大，并且無法在臺汛期施工.灌漿除沒有這些限制外，還兼有工藝設(shè)備簡單、操作可控性強(qiáng)、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，其不足之處是灌漿質(zhì)量難以控制，必須按照設(shè)計(jì)要求和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，做好灌漿試驗(yàn)，嚴(yán)格控制好水泥摻入比、灌漿壓力、持續(xù)終孔、封孔標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)，方能達(dá)到防滲之目的.本次外沙海塘灌漿工程，采用水泥粘土漿進(jìn)行充填式封堵,施工結(jié)束后14 d內(nèi)通過壓水試驗(yàn)檢查防滲體質(zhì)量和效果，共抽查了30個(gè)檢查孔，使用壓力0.15 MPa，結(jié)果表明透水率在5.3～8.9 Lu之間，達(dá)到設(shè)計(jì)要求.灌漿前，漲潮時(shí)海水往堤內(nèi)漏，灌漿后漏水區(qū)已封堵，海塘內(nèi)的企業(yè)廠區(qū)再也沒有出現(xiàn)積水現(xiàn)象.至今，工程已安全運(yùn)行多年，原漏水點(diǎn)已無漏水跡象，灌漿效果明顯，可供同類工程施工參考.

[1] 李 群.對椒江外沙海塘的防滲處理[J].中國水利，2006(18)：41-42.

[2] 水利部水工程技術(shù)咨詢中心.SL62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:水利電力出版社，1994.

[3] 羅永清.水泥粘土灌漿在海塘防滲加固中的可行性研究[J].中國水運(yùn)，2012(3)：236.

[4] 張興恩.粘土充填灌漿在堤防防滲中的應(yīng)用[J].江蘇水利，2008(7):25.

[5] 吳陽鋒，吳國芳.壩基帷幕灌漿在石門坎水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2015,27(4):13-16.

[6] 翁 湛.土石壩加高加固防滲措施及邊坡穩(wěn)定的分析研究[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2015,27(2):17-20.

[7] 白炳書，居星輝.山塘除險(xiǎn)加固的壩體加固方案探討——以泗安鎮(zhèn)工農(nóng)山塘為例[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2011,23(3):1-3.

[8] 阮雪茵.臺州市標(biāo)準(zhǔn)海塘加固方案探討[J].浙江水利科技，2010(2):135-136.

Application of Cement-clay Grouting to Seepage Proofing for Waisha Seawall

FANG Bao-fu

(Fangyuan Construction Group Co., Ltd, Taizhou 318000, China)

Leakage is one of the common diseases of seawall. As for strong water permeability of Waisha Seawall, cement-clay grouting is adopted for seepage proofing and shows a good result. The construction technology and parameter of curtain grouting and dam slope treatment is introduced with actual example in this paper. And the methods to deal with the abnormal situation which may arise in the construction of dam slope, such as mud spillover and uplift, are also put forward, which can be used by other projects for reference.

seawall; strong water permeability; seepage treatment; cement-clay grouting

2016-04-02

方保富(1964-)，男，浙江臺州人，工程師，從事水利水電施工管理工作.

TV441

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1008-536X(2016)08-0032-04